In dit artikel legt Pien Engbers de basisbeginselen uit van het argongaslasersysteem
Ontwikkeling en toepassingen
De argonlaser werd in 1964 ontwikkeld door William Bridges van Hughes Aircraft. De laser behoort tot een familie van ionenlasers die een edelgas als actief medium gebruiken, in dit geval het edelgas Argon. De Argonlaser wordt in veel toepassingen gebruikt, zoals:
- Forensische geneeskunde
- Vermaak
- Algemene chirurgie
- Oogchirurgie
- Holografie
- Optisch “pompende” bron
De Argon laser kan ook worden ingezet voor de behandeling van verschillende oogaandoeningen en in de dermatologie. Een van de aandoeningen waarvoor de argongaslaser kan worden gebruikt is diabetische retinopathie, waarbij de bloedvaten van de retina lekken. Het licht dat wordt uitgezonden door de laser kan door het vocht in het oog passeren zonder hier schade toe te brengen en zo bij de retina komen. Het uitgezonden licht kan dan worden opgenomen door hemoglobine wat zich bevindt in de rode bloedcellen. De hitte die de laser geeft zal daarbij kapotte bloedcellen dichten. Het voordeel van de argongaslaser bij deze medische behandelingen is dat er erg nauwkeurige gebieden mee kunnen worden behandeld.
Werking
Ionen lasers zenden verschillende golflengtes uit. De lasers zijn zo ontworpen dat zij ofwel de verschillende golflengtes tegelijk uitzenden, ofwel slechts een golflengte. In de bovenstaande afbeelding zijn de verschillende golflengtes te zien die door de multimodus Argonlaser worden uitgezonden. Elke golflengte is op zichzelf een monochromatische lichtbron en elke golflengte heeft een zeer smalle breedte. De twee dominante breedten, van 514nm “Groen” en 488nm “Blauw”, vormen ongeveer 67% van het totale vermogen van de bundel. Gebruik met één lijn is ook mogelijk door prisma’s, diffractieroosters en andere optische apparaten toe te voegen om de ongewenste golflengten “uit te filteren”. Wanneer een enkele golflengte nodig is, neemt het totale uitgangsvermogen natuurlijk ook af. Argongaslasers worden voornamelijk gebruikt met een continue bundel maar ze kunnen ook een gepulseerde bundel uitzenden.
In figuur 2 is een schematische weergave van een argongaslaser te zien. De laserresonator bestaat uit twee spiegels. De ene is sterk doorlaatbaar (HR) en de andere is een gedeeltelijk open spiegel (OC). Vanuit deze optische opstelling (de Output Coupler) komt de straal tevoorschijn als laserlicht. De hoekoptiek van de Brewster die aan beide zijden van de buis is gemonteerd, minimaliseert reflectieverliezen terwijl een gepolariseerde straal wordt uitgezonden. Wanneer de laser voor het eerst wordt ingeschakeld, zorgt een vertraging voor temperatuurstabilisatie. Vervolgens ioniseert een puls van hoge spanning (8 kilovolt DC) het Argongas. Bij ionisatie zorgt een hoge gelijkstroom (45 Ampère) en ongeveer 600 Volt gelijkspanning over de buis voor voldoende ontlading om het gas geïoniseerd te houden. De typische argonlaserbuis heeft een wolfraamboring met een hoog smeltpunt, waardoor de laser op hogere vermogensniveaus kan werken met een langdurige levensduur van de buis.
Argonlasers met een gemiddeld vermogen van meer dan 3 Watt zijn voorzien van waterkoeling. Hiermee wordt de warmte die wordt gegenereerd tijdens het proces afgevoerd. Argongaslasers hebben namelijk een lage efficiëntie waardoor er veel vermogen nodig is als input, wat resulteert in een grote hoeveelheid warmteproductie. Daarnaast is meestal een driefase elektrische voeding nodig.
Veiligheidswaarschuwing
Argonlaseremissies zijn gevaarlijk om in te kijken. Zowel diffuus als direct instralend laserlicht kan permanente schade aan het netvlies veroorzaken. De juiste veiligheidsmaatregelen moeten worden genomen bij het werken met de Argongaslaser. Onderdeel hiervan is het dragen van een beschermende bril.
CO2-laser: Klasse I CW CO2-lasers
De CO2 laser, carbon dioxide laser, is een moleculair gas laser die infrarood licht uitzendt. De Klasse I CW CO2-laser was de eerste CO2-laser die werd ontwikkeld en blijft de meest gebruikte. De CO2 laser is momenteel de continue golf laser met het grootste vermogen. Daarbij heeft het ook een relatief hoge efficiëntie die gaat tot 20%.
Figuur 3 is een diagram van een CO2-laser. Specifieke kenmerken van deze CO2-laser zijn onder andere:
- Water- of oliekoeling door middel van een dubbelwandige glazen plasmabuis.
- Gasstroom met een lage snelheid (1-20 liter per minuut, afhankelijk van de grootte en het vermogen van de laser).
- DC-excitatie, coaxiaal met gasstroom en laserstraal.
- Laag stroomverbruik (3-100mA).
- Gasdrukken van 13 tot 40 mbar.
- Buisdiameters van 1,0-2,0 cm.
- Beschikbare opbrengstvermogens tot ongeveer 50 W per meter buislengte.
De belangrijkste factor die het uitgangsvermogen van deze lasers beperkt, is hun onvermogen om afvalwarmte efficiënt uit het gas te verwijderen. Koeling wordt voornamelijk bereikt door helium (He) botsingen met de buiswanden. Luchtkoeling van CO2-laserbuizen is mogelijk, maar dit resulteert in een verhoogde wandtemperatuur en een verlaagde laserefficiëntie. Kleinere CO2-lasers en lasers die voor onderzoek worden gebruikt zijn meestal watergekoeld.
Industriële CO2-lasers gebruiken vaak recirculerende olie- en olie-water-warmtewisselaars voor een betere stabiliteit en minder onderhoud. Toename van de buisdiameter verlaagd ook de koelefficiëntie door de lengte van het pad te vergroten die nodig is voor He-atomen om de wanden vanuit het midden van de buis te bereiken.
Toepassingen De CO2 laser wordt voor verschillende doeleinden gebruikt. Zo worden ze veelvoudig gebruikt als industriële lasers voor het snijden en lassen van verscheidene materialen, laser 3D printen, spectroscopie en in de laserchirurgie. Hier worden CO2 lasers met name gebruikt bij chirurgie van zacht weefsel. Hier kan met de laser worden gesneden, in plaats van met een scalpel, en er kan hemostase worden bereikt. Ook kan de CO2 laser worden gebruikt bij het behandelen van huidaandoeningen. Het licht van de laser zorgt hier met behulp van hitte voor schade aan het huidweefsel, waardoor het onderliggende weefsel wordt gestimuleerd om collageen te produceren. De CO2 lasers zijn goed inzetbaar in de medische wereld omdat de frequentie licht die door de laser wordt uitgezonden goed wordt opgenomen door water.
Referenties
- https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-dioxide_laser
- https://www.rp-photonics.com/co2_lasers.html –
- https://www.medicalnewstoday.com/articles/what-is-co2-laser#summary
